一种无线电修正指令容错解码方法的设计与验证

王 珺

（上海无线电设备研究所，上海200090）

0 引言

随着防空导弹的射程逐渐增加，修正指令中制导在防空导弹的设计中所起的作用日益重要，其中一种重要方式就是通过直波接收机进行修正指令信息的解调、解码处理。在导弹发射过程中，实时通过指令通道将目标在导弹坐标系内的速度信息和距离信息传送到弹上计算机，弹上计算机用卡尔曼滤波方法，按导引规律和飞行动力学方程计算出控制指令，在指令制导阶段将导弹引导至导引头截获点，增大导弹作战距离，提高导弹命中率，这在多目标情况下尤为突出［1］。

无线电修正指令信息包含识别码和信息码两个部分，导弹只对特定的一组识别码进行判断，当识别码与预装信息完全一致时，表示当前帧包含信息码，按照一定的规则对信息码进行解析就可以得到修正指令信息。在不同的直波信号强度下，为了保证信号的检测概率，编码解调与检测的判决门限必须做出适当的调整，这就会给直波基带码输出带来虚假脉冲，从而影响解码误码率。

1 修正指令容错解码方法

为了抑制虚假脉冲，通过判断基带码的码元宽度和相对关系，设计了一种容错解码方法，可以有效地降低解码误码率。

1.1 技术需求背景

直波信号来自地面雷达的直接照射（主要来自照射器的旁瓣），通过对照射信号副载频调制，向导弹发送无线电修正指令，由导引头直波天线接收，其信号形式为

式中：fA为照射信号的载频；fD为直波多普勒频率；fi为副载频的数值；ai为位信息（0或1）；β0为相位调制指数；A（t）为平滑振幅包络线；U 为照射信号幅度。根据实际目标和信息的要求，照射信号副载频调制个数i一般取3个或者更大。

直波接收机接收照射雷达发射的携带调频脉冲编码的射频信号，经过直波接收机锁相环电路，采用编码检测电路完成指令的接收、传输和编码信息解调，当直波锁相环路截获锁定后，从终端输出包含对应调频频率的脉冲编码信息。直波传送修正指令功能框图如图1所示。

根据无线电修正指令信号形式，当导弹接收到的直波信号强度发生变化或受到干扰时，识别码和信息码上可能出现虚假脉冲，如果解码程序能够正确识别虚假脉冲，则不影响码元信息的正确解析。反之，错误的识别码解析，可能会丢失信息码或者得到错误的信息码，导致弹上计算机得到错误的修正信息，影响导弹正确截获目标，产生导弹无法继续正常工作的严重后果。

图1 直波传送修正指令功能框图

举例说明，调制一组识别码信息从高至低应当为“011”，经过解调和编码检测后，得到识别码的基带输出信号，没有虚假和存在虚假的识别码波形如图2所示。

图2 基带识别码波形示例

图2（a）中识别码没有出现虚假脉冲，图2（b）中识别码最高位出现了虚假脉冲。如果不采取容错设计，将导致该有效识别码被错误判断。

1.2 修正指令容错解码方法的设计

修正指令容错解码方法允许待检测的基带码存在虚假脉冲。识别虚假脉冲，解决由此带来的码元信息错判、漏判的问题。该解码方法采用高速采样时钟，将识别码滑窗检测与信息码累计判宽、双门限检测相结合的容错设计。基于可编程逻辑器件的解码功能框图如图3所示。

根据装订的识别码信息，对基带码进行识别码A 的判断。当识别码连续满足条件时，开始对识别码A 的持续时间进行计数，直至不满足条件。将计数值与固定门限值进行比较，超过门限则认为识别码A 正确。在识别码A 正确以后，对识别码B和识别码C 进行相同的判断。采取滑窗判断的方法，在判断识别码B和识别码C 的同时，也要对识别码A 进行判断，保证了识别码的有效检测。只有当识别码A、识别码B、识别码C连续正确以后，给出信息码解码控制信号。图4所示为基带码检测时序。

图3 基于FPGA 的解码功能框图

在正确判断识别码C 后进行信息码解析。延迟一段时间后，对信息码进行采样，得到一段时间内的信息码采样值。对码元宽度进行累加，当计数器的值大于或等于判决门限时，该位判断结果为‘1’，反之为‘0’。由于虚假脉冲的宽度较窄，虚假脉冲的容错处理就是对虚假脉冲宽度设定一个门限，通过双门限处理，消除虚假脉冲带来的干扰，这样即使信息码存在虚假脉冲，也不会对码宽计数器产生影响，仍然可以得到正确的信息码。

图4 基带码检测时序

1.3 修正指令容错解码方法的仿真验证

假设照射信号的载频fA＝10GHz，直波多普勒频率fD＝10kHz，相位调制指数β0＝1，照射信号副载频调制个数为3个，副载频的频率间隔为10kHz，无线电修正信息调制周期为5ms，照射信号强度为-70dBmW。识别码采用3 位信号表示，识别码共3组，识别码A 为“011”，识别码B为“101”，识别码C 为“110”。信息码采用1位信号表示，信息码共30位。

为了验证修正指令容错解码方法的正确性，设计了一组编码的测试波形，在FPGA 的编程环境下进行功能仿真，分别考察了未采取容错处理和采取容错处理的解码仿真结果波形。图5所示为未采取容错处理的仿真结果。

图5 未采取容错处理的仿真波形

当编码不存在虚假脉冲时，可以正确解析识别码和信息码。当基带码存在虚假脉冲时，不仅出现识别码的漏判，同时出现了识别码的错判，信息码解析错误。采取容错解码处理方法的仿真结果如图6所示。

由图6可见，采取了容错处理之后，可以正确识别虚假脉冲，没有出现识别码漏判、错判的现象，同时信息码被正确解析。

图6 采取容错处理的仿真波形

2 修正指令解码误码率测试

该修正指令容错解码方法的仿真结果正确。为了验证实际解码效果，在LabVIEW 8.0 环境下，开发误码率测试程序，实现了解码误码率的自动化测试［2］。

2.1 误码率测试方法

图7所示为误码率测试方法的原理框图。由模拟源测控设备产生不同强度的直波信号，输出到直波接收机组合，解调后的基带码通过解码设备进行识别码和信息码解析，最后将得到的信息码回传到测控设备，并进行比对，分别统计识别码、信息码的误码率［3～4］。

图7 误码率测试方法的原理框图

由模拟源测控设备按照1s的固定周期，产生一组随机的码元信号给频率综合单元。分别控制副载频，使其调制到相应的射频信号上，经幅度控制后输出到直波接收机组合。解调后得到基带码，再通过解码设备进行解码，解析得到的信息码回传到测控设备。存储该组码元信息，同时与原码进行比对。测试时间按连续9h计算，需进行32 400次识别码和信息码的判断。

在每个1s的测试周期，如果1s内没有解码信息，则识别码解码错误计数加1；如果1s内得到信息码的解析结果，则进行原码和解码结果的比对，比对结果错误时，信息码误码计数加1。试验结束后统计识别码、信息码的误码率结果。

传统的误码率是用误码数除以全部发送的数据个数所得到的比值［5］。这种误码率只能用于判断解码质量的好坏，无法知道发生误码时的具体位置和详细情况（比如有的错误是周期出现的）。文中提出的误码率测试方法不仅可以准确地统计误码率，而且可以在统计误码率的过程中同时存储误码出现的位置和原始数据，便于对误码进行分析。测试时间越长，误码率的测试精度越高。

2.2 误码率测试验证

模拟源产生直波信号，信号能量从-100dBmW开始，按10dBmW步进增大输入信号能量，直至信号能量达到-60dBmW。记录每个信号能量实际测得的误码率，统计结果如表1所示。

从最终试验结果可以看出，当输入相同的信号能量，采取容错解码方法的解码误码率明显小于未采取容错解码时的误码率。当信号强度在-80dBmW以上时，在9h的观测时间内，采取容错解码方法，识别码、信息码解码误码率均为0；

而未采取容错解码方法，直到输入信号强度达到-60dBmW 时，识别码、信息码解码误码率才为0。因此，该修正指令容错解码方法实现了在输入较低的信号能量情况下，可以降低识别码和信息码的解码误码率，定量的分析了信号强度对修正指令解码灵敏度的影响。

表1 不同信号强度下的误码率测试

3 结论

基于可编程逻辑器件，提出了一种无线电修正指令容错解码方法，解决了基带码虚假脉冲带来基带码错判、漏判的影响，可以降低解码误码率，仿真结果表明该方法解码功能正确。在Lab-VIEW8.0环境下，设计了一种简单而实用的误码率自动化测试方法，不仅能精确地统计修正指令解码误码率，同时可以标识码元出错的位置与错误规律。

［1］ 陈大吾，张靖.适应间断照射雷达导引头设计中的几个问题［J］.上海航天，1997，（6）：33-37.

［2］ 刘磊，常青，等.星间异步通信链路的误码率测试技术［J］.空间电子技术，2010，（1）：123-126.

［3］ 唐卫华，葛万成.WCDMA 中误码率测试方法的研究［J］.科技论坛，2005，（19）：7-9.

［4］ 樊俊义.通信数字网络误码指标的分析与测试［J］.内蒙古电力技术，2002，20（1）：30-32.

［5］ 陈忠平，雷振明.误码率指标测试的有效性与可靠性探讨［J］.电信科学，2000，（1）：47-49.